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基于內(nèi)模控制的pid在過程控制中的應(yīng)用研究畢業(yè)論文(文件)

2025-07-30 22:43 上一頁面

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【正文】 ( 2) 時(shí)間常數(shù) T=1169s ( 3) 由( 2)( 3)可得被控對象數(shù)學(xué)模型為 11169150)( ?? ssGp ( 4) 將所得模型在 Simulink中仿真后,和實(shí)際數(shù)據(jù)以及擬合曲線相比較。 最終選取系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為: 11000150)( ?? ssGp ( 5) 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 11 第三章 內(nèi)??刂圃砑胺抡嫜芯? 在第二章中,已通過試驗(yàn)建模法建立了液位 流量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,參量模型一般采用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示,如描述控制對象的傳遞函數(shù)及輸入輸出關(guān)系的方程式等。因此,當(dāng)不存在模型誤差和未知干擾的條件下,內(nèi)模控制系統(tǒng)具有開環(huán)結(jié)構(gòu)。與經(jīng)典 PID 控制相比 , IMCPID控制僅有一個(gè)整定參數(shù) ,參數(shù)調(diào)整與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)和魯棒性的關(guān)系比較明確 , 并且與其他控制方法的結(jié)合也很容易 [9]。 內(nèi)模控制器設(shè)計(jì) 內(nèi)??刂破魇窃?“模型沒有誤差,而且可逆 ”這個(gè)假設(shè)條件下的理想反饋控制器。 針對上述情況,設(shè)計(jì)內(nèi)??刂破鲿r(shí)可先將過程模型分解如下: )()()( sGsGsG mmm ??? () 式中?mG包含了所有的純滯后和右半平面的零點(diǎn),并規(guī)定其穩(wěn)態(tài)增益為 1,令 fGsG mc?? 1)( () 由第二章得出的模型: 11169150)( ?? ssG p , K=150, T=1169 可得: 11 1 6 91 5 0)()( ???? ssGsG mm 由 : fssGc 1 5 0 11 1 6 9)( ?? 這里 f 是穩(wěn)態(tài)增益為 1的低通濾波器 [17]。 假設(shè)模型沒有誤差,即 )()( sGsG pm ? ,將式 ()和式 ()代入式 (),可得 )()](1[)()()( sDsfGsfRsGsY mm ?? ??? () 當(dāng)無擾動(dòng)且設(shè)定值變化時(shí),即 0)( ?sD , 0)( ?sR ,此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 fsGsR sY m )()( )( ?? () 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 14 式 ()表明濾波器 f 與閉環(huán)性能直接相關(guān)。 流量的串級控制設(shè)計(jì) 液位控制系統(tǒng)可以采用最簡單的單回路控制系統(tǒng),以液位為反饋量。它的主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡單,操作簡便,容易實(shí)現(xiàn),并且具有很好的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能。 添加濾波器 f ,選擇 r 使 )(sGc 為半真的;或者為了尋找等效 PID 控制器,允許 )(sGc東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 15 分子階次比分母階次大 1,即允許 )(sGc 非真, 這是與內(nèi)模控制設(shè)計(jì)的主要差別。一般情況下, ? 的初值可選為系統(tǒng)主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)的 21~31 之間。 仿真研究 基于第二章所建立的液位 流量模型,進(jìn)行動(dòng)態(tài)矩陣控制的參數(shù)優(yōu)化選擇,仿真比較 PID東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 16 控制與 IMC在液位過程控制中的性能。它是 由菲尼克斯電氣有限責(zé)任公司的自動(dòng)化控制產(chǎn)品及軟件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)完整的控制方案,其組成包括可編程序控制器,人機(jī)接口,工控軟件及監(jiān)控界面等產(chǎn)品,通過現(xiàn)場總線以及相應(yīng)的通訊軟件將各種設(shè)備以高速、確定的數(shù)字通訊方式連網(wǎng)。 100 系列緊湊型控制器是菲尼克斯電氣 Easy Automation 系統(tǒng)的核心產(chǎn)品,采用該系列 PLC 與 Easy Automation 系統(tǒng)的其他產(chǎn)品組合提供豐富的 IO 模塊,軟件工具, HMI 及網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,安全生產(chǎn)。系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) : 智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。 100 系列緊湊型控制器支持所有的通用通信方式,如以太網(wǎng),移動(dòng)電話和固定網(wǎng)絡(luò)。它有以下幾個(gè)類型:帶遠(yuǎn)程總線支持的緊湊型控制器 ILC 151 ETH ;帶兩個(gè)以太網(wǎng)口和一個(gè) SD 卡插槽的緊湊型控制器 ILC 171 ETH 2TX;集成浮點(diǎn)算術(shù)單元的高性能緊湊型控制器 ILC 191 ETH 2TX;東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 18 還有一個(gè)是緊湊型控制器 ——基本型應(yīng)用 ILC 131 ETH。窗口設(shè)計(jì)為文件夾,從而簡化了操作。 數(shù)字量輸出模塊: inline ME 經(jīng)濟(jì)型模塊適用于節(jié)省空間的經(jīng)濟(jì)型場合,例如適用于僅有少數(shù)量的接線方式的機(jī)械應(yīng)用場合。例如 IB IL 24 PWR INPAC 電源模塊提供:最大為 8A 的主電路電壓,最大為 8A 的 IO 分段電路電壓。 溫度測量模塊:這些 Inline 模塊可用于連接熱電偶( UTH)和電阻溫度傳感器 (RTD)。 ()Gs()mGs()Cs ()Ys()Ys??????()Rs內(nèi) 環(huán) ( 流 量 )PI D ()fGs 圖 41 IMCPID液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 41中 ()mGs即為液位 流量模型的傳遞函數(shù), ()fGs為流量與調(diào)節(jié)閥閥門開度之間的傳遞函數(shù),該傳遞函數(shù)非線性不可測。仿真可知,模型與實(shí)際模型偏差較小時(shí),預(yù)測液位與實(shí)際液位偏差也較小,而且變化趨勢相同;但是模型與實(shí)際模型偏差較大時(shí),預(yù)測液位會跟實(shí)際液位保持很大的偏差,變化趨勢上也有不同。 圖 42 內(nèi)??刂频挠?jì)算流程圖 IMC 算法的 PLC 實(shí)現(xiàn) 編程過程中的模塊調(diào)用關(guān)系見圖 43。 第 2步調(diào)用報(bào)警模塊 FC6;該模塊在液位超過 500mm的時(shí)候報(bào)警。采用試驗(yàn)建模方法建立了被控對象的數(shù)學(xué)模型,為仿真研究提供基礎(chǔ)。 IMCPID 串級控制的實(shí)現(xiàn)方案。 由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的不足,在本課題的研究中,尚存在以下方面需要進(jìn)一步深入研究: 1各個(gè)傳感器傳入的信號沒有經(jīng)過濾波,尤其是流量和液位傳感器,信號振蕩較大。如果能建立流量和閥門開度之間的模型,就可以結(jié)合內(nèi)環(huán)從理論上計(jì)算出一個(gè)相對精確的理論模型,控制效果能得到提升。時(shí)間有限,如果能做更多次的測試,就可以得到更優(yōu)的采樣時(shí)間和濾波器常數(shù)。在此論文撰寫過程中,要特別感謝我的導(dǎo)師陳夕松的指導(dǎo)與督促。我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,從選題到查閱資料,論文提綱的確定,中期論文的修改,后期論文格式的修改等,各個(gè)環(huán) 節(jié)都給予了我悉心的指導(dǎo)。在此,也對他們表示衷心感謝。 Chemical Engineering, 20xx, 29(l):261271. [6] 趙曜 內(nèi)模控制發(fā)展綜述 [J] 信息與控制 , 20xx, 15(6),815. [7]馬姝姝.時(shí)滯系統(tǒng)的內(nèi)模控制研究 [D]. 南京 ,東南大學(xué) ,20xx. [8]梁年升,李陸世.大電網(wǎng)并列運(yùn)行水電機(jī)組功率智能預(yù)測控制 [J].華中理工大型學(xué)報(bào),1996,24( 10): 4346. [9]牛瑞燕 . 智能二自由度內(nèi)模控制 [J]. 控制理論與應(yīng)用 . 20xx, 18( 4): 624628. [10]金以慧 . 過程控制 [M]. 北京:清華大學(xué)出版社, 1993. [11]王樹青 , 金曉明 , 榮岡 . 工業(yè)生產(chǎn)過程的先 進(jìn)控制 [J]. 化工自動(dòng)化及儀表 . 1999, 26(2): 6165. [12]Ahmad Ali, Somanath Majhi. PI/PID controller design based on IMC and percentage overshoot specification to controller setpoint change[J], ISA Transactions 20xx 48 (4) 1015. [13]湯偉 , 施頌椒 , 王孟效 . 大時(shí)滯過程雙自由度自整定內(nèi)??刂?[J]. 上 海交通大學(xué)學(xué)報(bào) , 20xx, 37(4): 493498. [14]陳海霞 , 趙曜 , 彭力 . 三自由度內(nèi)??刂破鞯脑O(shè)計(jì) [J]. 控制理論與應(yīng)用 , 20xx, 26(11): 1618. [15]周涌 , 陳慶偉 , 胡維禮 . 內(nèi)模控制研究的新發(fā)展 [J]. 控制理論與應(yīng)用 , 20xx, 2l(3): 475479 [16]金秀章 , 劉吉臻等 . 自適應(yīng)內(nèi)??刂圃谥髡羝麥囟瓤刂葡到y(tǒng)中的應(yīng)用研究 [J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) , 20xx, 23(10): 225229. 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[2] 文新宇 ,張井崗 。沒有他的細(xì)心指導(dǎo)我的論文也不會順利完成,感謝他在百忙之中抽出時(shí)間幫助我搜集文獻(xiàn)資料,幫助我理清論文寫作思路,對我的論文提出了諸多寶貴的意見和建議,同時(shí)他的學(xué)習(xí)精神也是我效仿的榜樣,對于他的幫助我表示真摯的感謝。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),學(xué)識淵博,思想深邃,視野雄闊,為我營造了一種良好的精神氛圍。離別在即,站在人生的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上,心中難免思緒萬千, 一種感恩之情油然而生。 3. 采樣時(shí)間和濾波器常數(shù)還可以進(jìn)一步優(yōu)化 。 。 最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對于本文中所建立的一階慣性形式 的流量 液位模型, IMC設(shè)計(jì)方法能非常便捷地設(shè)計(jì)出控制器以及整定參數(shù),得到了很好的控制效果。通過 Matlab仿真進(jìn) 行 IMC參數(shù)的優(yōu)化選擇,比較了 PID控制及 IMC在液位過程控制中的動(dòng)靜態(tài)性能和設(shè)計(jì)方法。 第 4步定時(shí)器每 8秒調(diào)用一次外環(huán)控制模塊 FC1; 第 5步定時(shí)器每 2秒調(diào)用一次內(nèi)環(huán)控制模塊 FC9; 圖 43 模塊間的調(diào)用關(guān)系 主模塊OB1 初始化 OB100 數(shù)據(jù)存儲DB 運(yùn)行 外環(huán) FC1 2s 采樣時(shí)間到 報(bào)警 FC6 標(biāo)定 FC3 內(nèi)環(huán) FC9 采樣時(shí)間到 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 22 總結(jié) 本文基于東南大學(xué) HGK1型過程控制實(shí)驗(yàn)平臺,以該平臺中的液位過程為研究對象,設(shè)計(jì)基于可編程序控制器( PLC)的液位控制系統(tǒng),采用內(nèi)模控制( IMC)算法,仿真并實(shí)驗(yàn)研究 IMC在該過程中的應(yīng)用效果。然后周期執(zhí)行主程序OB1: 外環(huán) 入口 (周期 2s) 理論模型 ( ) ( ) , 1 , ,iy i h e y i i N? ? ? … 歷史值 液位 位的偏差,留待下一次 循環(huán)調(diào)用 返回 偏差 內(nèi)環(huán) 入口 (周期 ) ,得到 PID 控制量 返回 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 21 第 l步用 調(diào)用傳感器標(biāo)定 模塊 FC3。 根據(jù)圖 41,整個(gè)控制流程可以分為以下幾步: 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 20 (1)將上一次實(shí)際液位和預(yù)測液位之間的偏差與設(shè)定值進(jìn)行比較,得到新的偏差,通過內(nèi)??刂破饔?jì)算出液位設(shè)定值,并以液位設(shè)定值通過理論模型計(jì)算出預(yù)測液位。 由于內(nèi)環(huán)是 PID調(diào)節(jié),可以不考慮 ()fGs的具體形式??刹捎勉~纜將可選的多個(gè)總線耦合器連接 到 INTERBUS 遠(yuǎn)程分支上。例如IB IL AI 2/SFME 提供 2 路模擬量電壓和電流測量, IB IL AI 41 提供四路電流測量, IB IL AI 4U 提供四路電壓測量。 電源功率模塊: inline 電源模塊用于在一個(gè) inline 站內(nèi)對各個(gè)電壓連接進(jìn)行供電,保護(hù)和診斷。 數(shù)字量輸入模塊: inline IO 模塊適用于節(jié)省空間的經(jīng)濟(jì)型場合,例如適用于僅有少數(shù)量的接線方式的機(jī)械應(yīng)用場合。 100 系列控制器擴(kuò)展功能及特點(diǎn): Modbus/TCP 集成在固件中,可提高性能并簡化配置,這樣與其他 Modbus 的通信甚至就更為簡單;集成 SD 卡槽:用于快速的存儲擴(kuò)展與軟件的簡單實(shí)用; FTP 服務(wù)器;閃存文件系統(tǒng);可作為主站,進(jìn)行現(xiàn)場總線從站擴(kuò)展;支持眾多協(xié)議如 HTTP,FTP,等等;
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